JP3953374B2

JP3953374B2 - コンクリート構造物

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Publication number: JP3953374B2
Application number: JP2002195515A
Authority: JP
Inventors: 真男福井; 茂青木; 征則久保; 亮新村; 清滝沢
Original assignee: Obayashi Corp; Kuraray Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Kuraray Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-07-04
Also published as: JP2004036253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンクリート構造物に関し、特に、その耐久性を改善する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート構造物を構築する際には、構築しようとする構造物の外形状に沿って、型枠を設置して、その内部側に、予め補強用の鉄筋を組み込み、型枠内にコンクリートを打設し、コンクリートの強度が発現された段階で型枠が撤去される。
【０００３】
構築された鉄筋コンクリート構造物は、供用期間中、通常、その表面は、打ちっ放し状態で外部環境に曝されている。
【０００４】
ところが、このような状態のコンクリート構造物には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、コンクリートは、よく知られているように、引張強度が圧縮強度に比べて１／１０程度しかないため、ひび割れが生じ易く、ひび割れが生じる要因としては、荷重の作用、セメントの水和熱、コンクリートの乾燥収縮、コンクリート中のアルカリ分による反応性骨材の膨張などがある。
【０００６】
また、コンクリート構造物は、供用期間中に外部環境から、次のような劣化外力を受ける。大気中の二酸化炭素によるコンクリートの中性化、海や道路凍結防止剤などからの塩分侵入、寒冷地においてはコンクリートの凍結融解、河川では、流砂による磨耗、酸またはアルカリ、マスコンクリートの場合は、セメントの水和熱により表面と内部の温度差による表面収縮、コンクリートの水分蒸発による収縮。
【０００７】
ところで、コンクリート構造物は、上述したような荷重、水和熱、乾燥を受け、さらに、劣化外力を受けると、ひび割れや表面剥離が生じる。鉄筋は、アルカリ性であるコンクリート内では、表面に不動態膜を形成して、腐食し難いが、コンクリートのひび割れ、かぶりコンクリートの剥落，中性化が進み、水分、酸素、塩分が浸透すると、鉄筋が腐食するという問題がある。
【０００８】
また、鉄筋が腐食すると、体積が膨張して、これによってもコンクリートのひび割れが増大し、鉄筋の腐食を促進する。鉄筋の腐食や断面欠損が生じると、コンクリート構造物の耐力が低下し、供用が困難になるという問題もある。
【０００９】
さらに、鉄筋が腐食すると、腐食に伴う錆汁が表面に流出し、構造物の美観を著しく損なうという問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、劣化外力の影響を低減し、劣化に伴う問題を解消するとともに、ひび割れの発生を抑制し、かつ、表面の美観を保つことができるコンクリート構造物を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、補強用鉄筋が埋設され、コンクリートの硬化により形成される構造物本体と、前記構造物本体の外表面に永久型枠として一体化されるセメントボードとを有するコンクリート構造物であって、前記コンクリート構造物は、部材断面の最小寸法が８０ｃｍ以上のマスコンクリートからなり、前記セメントボードと前記構造物との接合界面には、吸水調整剤を介在させ、かつ、前記セメントボードは、高さが１ｍｍ以内で、間隔が４ｍｍ□以内の凹凸を有しており、セメントを主成分とし、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボードとした。
【００１２】
このように構成したコンクリート構造物によれば、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボードが構造物本体の外表面に一体化されており、繊維強化高靭性セメントボードが密実なため、酸，アルカリ，塩，二酸化炭素の浸入を防ぐ機能が高く、また、高強度のため凍結融解抵抗性が高くなる。
【００１３】
このため、高靭性セメントボードにより、劣化外力がコンクリートに及ぼす影響を防止することができ、鉄筋コンクリートの劣化を防ぐことができる。
【００１４】
さらに、後述する試験結果から明らかなように、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボードを構造物本体に一体化させると、ひび割れが発生する荷重（ひび割れ発生耐力）が大きくなるとともに、コンクリート内部にひび割れが発生しても、表面の高靭性セメントボードには、これが伝播し難いし、伝播しても表面のひび割れ幅は、コンクリートのひび割れに比べて小さくなる。
【００１５】
また、後述する試験結果から明らかなように、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボードを構造物本体に一体化させると、ボードの保温性により、温度ひび割れが抑制される。
【００１６】
またさらに、後述する試験結果から明らかなように、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボードを構造物本体に一体化させると、ボードの密閉性から、乾燥収縮に対するひび割れも抑制することができる。
【００１７】
ひび割れの発生が抑制されると、劣化外力や酸素，水のコンクリート内部への浸入が阻止され、その結果、コンクリート構造物の耐久性および美観を改善し、構造物の寿命（供用期間）を伸ばすことができる。
【００１８】
前記セメントボードは、前記構造物本体の引張側に配置することができる。
【００１９】
前記繊維補強高靭性セメントボードは、最大厚さが１０ｍｍ以下で、曲げ強度が３０ＭＰａ以上で、スパン１８ｃｍで最大たわみが２５ｍｍ以上の靭性を有することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかるコンクリート構造物の一実施例を示している。
【００２２】
同図に示したコンクリート構造物１０は、補強用鉄筋１２が埋設され、コンクリート１４の硬化により形成された構造物本体１６と、この構造物本体１６の外表面に永久片枠として一体化されたセメントボード１８とを備えている。
【００２３】
セメントボード１８は、セメントを主成分とし、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性ボードから構成されている。構造物本体１６は、例えば、壁状，柱状，塊状などに形成される。
【００２４】
セメントボード１８は、構造物本体１６を形成する際の型枠板として兼用使用することができ、この場合には、構築しょうとする構造物本体１６の外周を囲むようにしてセメントボード１８を設置し、内部側に、予め補強用鉄筋１２を組み込み、セメントボード１８内にコンクリート１４を打設し、コンクリート１４の強度が発現された段階で、構造物本体１６の外表面にセメントボード１８が一体化される。
【００２５】
セメントボード１８は、構造物本体１６の引張側に配置することが望ましく、構造物本体１６との接合界面には、凹凸部を形成し、かつ、吸水を制限する吸水調整剤を塗布することが必要である。
【００２６】
凹凸部は、例えば、高さが１ｍｍ以内で、間隔が４ｍｍ□以内のメッシュ状のものであって、セメントボード１８の製造過程で、プレス脱水する際に、金網などの凹凸形成部材を挟み込むことにより形成することができる。
【００２７】
吸水調整剤は、セメントボード１８が過剰に吸水して、コンクリート１４との接着強度の低下を防止するものであって、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合エマルジョンを主成分とするハイフレックス−１０００（日本化成株式会社製、商品名）の希釈水溶液を用いることができる。
【００２８】
繊維補強高靭性セメントボード１８は、例えば、最大厚さが１０ｍｍ以下で、曲げ強度が３０ＭＰａ以上で、スパン１８ｃｍで最大たわみが２５ｍｍ以上の靭性を有するものを用いることができる。
【００２９】
以上のように構成したコンクリート構造物１０によれば、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボード１８が構造物本体１６の外表面に一体化されており、繊維強化高靭性セメントボード１８が密実なため、酸，アルカリ，塩，二酸化炭素の浸入を防ぐ機能が高く、また、高強度のため凍結融解抵抗性が高くなる。
【００３０】
このため、高靭性セメントボード１８により、劣化外力がコンクリート１４に及ぼす影響を防止することができ、鉄筋コンクリートの劣化を防ぐことができる。
【００３１】
次に、本発明にかかるコンクリート構造物におけるひび割れ発生耐力の効果を確認するために行った曲げ載荷試験について説明する。この曲げ載荷試験では、図２に示す柱状の供試体（コンクリート構造物１０に相当）を用いた。
【００３２】
同図に示した供試体は、角柱状の本体１６と、その一側面にセメントボード１８を一体化させたものであり、本体１６は、内部に補強用鉄筋１２が埋設されたコンクリート１４から構成されている。使用材料の寸法形状などの諸元を以下の表１に示している。
【００３３】
【表１】

【００３４】
供試体の製作は、以下の手順で行った。▲１▼内空が、高さ１００×幅１５０×長さ１５００ｍｍの型枠を組み、▲２▼セメントボード１８の一面に吸水調整剤（ＨＦ−１０００）の５倍希釈水溶液を２回塗布する、▲３▼型枠側面内部にセメントボード１８を設置する、▲４▼鉄筋１２を設置する（鉄筋１２に歪ゲージを貼付する）、▲５▼内部にコンクリート１４を打設する、▲６▼３日養生後に脱型する、▲７▼その後、材齢３５日まで封緘養生後、曲げ試験を行う。
【００３５】
なお、この曲げ載荷試験では、供試体として、コンクリート１４の一側面の全面に亘ってセメントボード１８を一体化させたものと、両端から１５０ｍｍの部分は、セメントボード１８を取り除き、中央部のみに配置したもの、および、セメントボード１８を全く使用しないものの３種類を準備した。
【００３６】
曲げ載荷試験は、図３に示した状態で行った。この曲げ載荷試験における試験項目を以下の表２に示している。セメントボード１８がない供試体の場合、ひずみの測定点は、６点（３点×２面）とした。載荷方法は、鉄筋１２が降伏するまでの荷重制御、降伏後は、変位制御で行った。
【００３７】
【表２】

【００３８】
以下に示した表３は、曲げ載荷試験における各供試体の測定耐力を示している。
【００３９】
【表３】

【００４０】
表３に示した測定耐力において、ボードなしの供試体の鉄筋降伏荷重は、鉄筋ひずみゲージが途中で剥離したため、荷重−変位曲線から推定した。ボード付きの供試体のコンクリート１４のひび割れ発生荷重、鉄筋降伏荷重、最大荷重は、ともにボードなしの供試体に比べで大きく増加する。
【００４１】
例えば、コンクリートひび割れ発生荷重は、実施工に近い中央部にボードを配置した場合には、ボードなしの２倍（６．７／３．３）になるし、セメントボードひび割れ発生荷重は、ボードなしの４．５倍（１５．０／３．３）になる。
【００４２】
これは、セメントボード１８が引張力の一部を負担するためである。従って、セメントボード１８は、コンクリート構造物１０の引張側に配置することが効果的であることが判る。
【００４３】
また、セメントボード１８にひび割れが発生する荷重は、ボードなし供試体のコンクリート１４のひび割れ発生荷重に対して、相当大きい。これは、セメントボード１８が高靭性なためであり、コンクリート構造物１０の表面にひび割れが発生する荷重は、セメントボード１８を設置することにより大きく改善されることが判る。
【００４４】
ボードを中央部に設置した供試体のボードひび割れ発生荷重、供試体の鉄筋降伏荷重、最大荷重は、すべてボードを全長に設置した供試体よりも大きい。これは、ボードを全長に設置した場合、ボードが支点に挟まれ、ボードに引張力が働き、早く破断したものと考えられる。このことから、セメントボード１８には、外力が直接作用しない個所に用いることが効果的であるといえる。
【００４５】
図４は、上述した曲げ載荷試験における荷重−最大ひび割れ幅の関係と、梁の撓み（変形）−最大ひび割れ幅の関係を示している。目視観察によるひび割れ発生性状は、等モーメント区間に曲げによるひび割れが等間隔に発生していて、設計通りの破壊状態になっていた
図４，５において、同一荷重レベル、同一変形レベルで比較すると明らかなように、ボードを設置することにより、内部コンクリート１４のひび割れ幅、表面ひび割れ幅を小さくすることができる。
【００４６】
例えば、ボードなし供試体で表面ひび割れ幅が、０．３ｍｍの荷重レベルにおいて、ボードを設置した供試体では、未だひび割れが生じておらず、内部コンクリート１４の最大ひび割れ幅も０．０５ｍｍ以下である（図４参照）。
【００４７】
また、ボードなし供試体で表面ひびわれは場が０．３ｍｍの変位レベルにおいて、ボードを設置した供試体では、ボード１８の最大ひび割れ幅は、０．０５ｍｍ以下であり、内部コンクリート１４の最大ひび割れ幅も０．１５ｍｍ程度である（図５参照）。
【００４８】
以上の試験結果から、いえることは、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボード１８を構造物本体１６に一体化させると、ひび割れが発生する荷重（ひび割れ発生耐力）が大きくなるとともに、コンクリート１４の内部にひび割れが発生しても、表面の高靭性セメントボード１８には、これが伝播し難いし、伝播しても表面のひび割れ幅は、コンクリート１４のひび割れに比べて小さくなる。
【００４９】
次に、本発明にかかるコンクリート構造物の保温性を確認するために行った試験について説明する。この保温性試験では、長辺方向の長さが２．７ｍ、短辺方向の長さが１．１ｍ、高さが１．３５ｍブロック状の構造物本体１６を形成し、その一側面に、高靭性セメントボード１８を配置するようにした。
【００５０】
構造物本体１６の内部には、Ｄ１６、１５０ｍｍピッチ、かぶり１００ｍｍの条件で補強用鉄筋１２を配筋し、コンクリート１４には、普通ポルトランドセメントを用い、圧縮強度が３０Ｎ／ｍｍ^２、スランプ８ｃｍ、最大骨材寸法２０ｍｍのものを使用した。
【００５１】
高靭性セメントボード１８は、高さが９００ｍｍで、幅が９００ｍｍのものと、高さが４５０ｍｍで、幅が９００ｍｍの同じ厚み８ｍｍを２枚使用した。ボード１８間には、目地材としてブチルゴムを介在させて、構造物本体１６を形成するための永久型枠板とした。
【００５２】
温度センサーは、外気温、ボード１８の表裏面、鉄筋１２の近傍、構造物１６の中心部をそれぞれ測れるように配置して、これらを測点とした。以下に示した表４は、各測点におけるコンクリート１４の打設直後から材齢６日までの測定データを示している。
【００５３】
【表４】

【００５４】
コンクリート構造物における温度ひび割れは、打設されたコンクリートの表面と内部の温度差から生じる内部拘束力作用によって発生する応力が、硬化中のコンクリートの引張応力より上回ることで生じ、弱材齢に発生する。
【００５５】
建築工事標準仕様書・同解説ＪＡＳＳ５鉄筋コンクリート工事によれば、部材断面の最少寸法が８０ｃｍ以上で、かつ水和熱によるコンクリート内部最高温度と外気温の差が２５℃以上になると予想される場合、マスコンクリートと定義し、温度ひび割れが起き易いとしている。
【００５６】
ところで、構造物本体１６の外表面に高靭性セメントボード１８を一体化させたコンクリート構造物においても、構造物本体１６の表面温度（セメントボード１８の裏面の温度に同じ）と、内部最高温度の差が内部拘束作用を惹起する温度差となる。
【００５７】
このような観点から表３に示した測定結果を見ると、構造物本体１６の表面にセメントボード１８を一体化させた場合には、構造物１６の表面温度（セメントボード１８の裏面の温度に同じ）と、内部最高温度の差は、最大で２１．３℃（打設翌日１２時）となっていて、マスコンクリートの限界温度の２５℃以内に収まっている。
【００５８】
一方、ボードがなければ、直接外気温度と内部最高温度の差になり、この値は、４２．８℃となって限界温度を超えていることになる。従って、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボード１８を構造物本体１６に一体化させると、ボード１８の保温性により、温度ひび割れに対して、かなり有効であるといえ、特に、最小部材寸法が８０ｃｍ以上のマスコンクリートに適用すると、温度ひび割れを効果的に抑制することができる。
【００５９】
次に、本発明にかかるコンクリート構造物のセメントボード１８の密閉性効果を確認するために行った乾燥収縮試験について説明する。この乾燥収縮試験では、図６に示す柱状の供試体（コンクリート構造物１０に相当）を用いた。
【００６０】
同図に示した供試体は、１０×１０×１０ｃｍの角柱状の本体１６と、本体１６の長手方向の両端を除く４面にセメントボード１８を一体化させたものを４個準備し、相互の端面を目地ゴム２０（２ｍｍ）で接続した。
【００６１】
セメントボード１８の裏面には、吸水調整剤（ＨＦ−１０００）をコンクリートの打設前に塗布し、１日養生後に型枠を撤去した。供試体の長手方向の端面には、止水目的でエポキシ樹脂２２をコーティングした。
【００６２】
なお、供試体は、４本作製し、比較のためにセメントボード１８を一体化させないものを同数準備した。
【００６３】
エポキシ樹脂２２の硬化後に、第１回目の寸法と重量測定を行った（コンクリートの打設２日後）。寸法測定は、セメントボード１８の端面間の長さをダイヤルゲージで測定する。
【００６４】
そして、水中養生を実施して、材齢７日後、第２回目の寸法と重量測定を行った。以後、２０℃、ＲＨ６５％の調湿された室内にて、寸法および重量の変化を、保存１週間後、４週後、８週後、３ヶ月後、６ヶ月後、９ヶ月後、１２ヵ月後にそれぞれ行った。
【００６５】
図７および図８は、この乾燥収縮試験における測定結果を示している。各図において、（Ａ）で示した測定結果がセメントボード１８を一体化させた場合で、（Ｂ）がセメントボードを使用しない場合の測定結果である。
【００６６】
図７は、供試体の寸法変化であり、例えば、保存後の１２ヶ月後の測定において、セメントボード１８を使用しない場合には、ひずみが５４０×１０^−６であるのに対して、セメントボード１８を一体化させると、その値が４００×１０^−６となり、乾燥収縮に伴うひずみを２６％（４００／５４０＝７４％）低減することができる。
【００６７】
一方、図８は、供試体の重量変化であり、例えば、保存後の１２ヶ月後の測定において、セメントボード１８を使用しない場合には、重量変化率が−２．００％であるのに対して、セメントボード１８を一体化させると、その値が−１．２０％となり、乾燥収縮に伴う重量変化を４０％（１．２０／２．００＝６０％）低減することができる。
【００６８】
以上の乾燥収縮試験から判るように、セメントボード１８を構造物本体の外表面に一体化させると、ボードの密閉性から、乾燥収縮に対するひび割れも抑制することができる。
【００６９】
ひび割れの発生が抑制されると、劣化外力や酸素，水のコンクリート内部への浸入が阻止され、その結果、コンクリート構造物１０の耐久性および美観を改善し、構造物１０の寿命（供用期間）を伸ばすことができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかるコンクリート構造物によれば、劣化外力の影響を低減し、劣化に伴う問題を解消するとともに、ひび割れの発生を抑制し、かつ、表面の美観を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるコンクリート構造物の一実施例を示す要部断面図である。
【図２】本発明の作用効果を確認するために行った曲げ載荷試験の供試体の説明図である。
【図３】本発明の作用効果を確認するために行った曲げ載荷試験の試験状態の説明図である。
【図４】本発明の作用効果を確認するために行った曲げ載荷試験の試験結果を示すグラフである。
【図５】本発明の作用効果を確認するために行った曲げ載荷試験の試験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の作用効果を確認するために行った乾燥収縮試験の供試体の説明図である。
【図７】本発明の作用効果を確認するために行った乾燥収縮試験の試験結果を示すグラフである。
【図８】本発明の作用効果を確認するために行った乾燥収縮試験の試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０コンクリート構造物
１２補強用鉄筋
１４コンクリート
１６構造物本体
１８セメントボード

Claims

補強用鉄筋が埋設され、コンクリートの硬化により形成される構造物本体と、
前記構造物本体の外表面に永久型枠として一体化されるセメントボードとを有するコンクリート構造物であって、
前記コンクリート構造物は、部材断面の最小寸法が８０ｃｍ以上のマスコンクリートからなり、
前記セメントボードと前記構造物との接合界面には、吸水調整剤を介在させ、かつ、前記セメントボードは、高さが１ｍｍ以内で、間隔が４ｍｍ□以内の凹凸を有しており、セメントを主成分とし、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靭性セメントボードからなることを特徴とするコンクリート構造物。
前記セメントボードは、前記構造物本体の引張側に配置することを特徴とする請求項１記載のコンクリート構造物。
前記繊維補強高靭性セメントボードは、最大厚さが１０ｍｍ以下で、曲げ強度が３０ＭＰａ以上で、スパン１８ｃｍで最大たわみが２５ｍｍ以上の靭性を有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項記載のコンクリート構造物。